השראה אלקטרומגנטית.

חשמל מתנועה

פנס אופניים ישן שמוזן מדינמו דולק רק כל עוד אתם מדוושים. עצרו ברמזור והוא דועך; סעו מהר יותר והוא מתבהר. בתוך הדינמו מגנט מסתובב ליד סליל של חוט, וזה כל מה שהוא צריך. כמעט כל החשמל ברשת החשמל מיוצר באותה דרך, במכונות בתחנות כוח ובטורבינות רוח שמסובבות מגנטים וסלילים זה ליד זה.

השינוי הוא מה שקובע

בשנת 1831 גילה מייקל פאראדיי שמגנט שמונח בתוך סליל לא עושה שום דבר. דחפו אותו פנימה, והמחוג של מד שמחובר לסליל קופץ לכיוון אחד; משכו אותו החוצה, והוא קופץ לכיוון השני. החזיקו אותו בלי לזוז, בכל מקום שהוא, והמחוג חוזר לאפס. ג’וזף הנרי באמריקה הבחין באותה תופעה בערך באותו זמן.

מה שחשוב הוא השטף המגנטי דרך הסליל: כמה שדה מגנטי עובר דרך כל כריכה. כל עוד השטף משתנה, מופיע מתח בין קצות החוט, ואם המעגל סגור, זורם זרם. זוהי השראה אלקטרומגנטית.

מהר יותר, ועם יותר כריכות

המתח נקבע לפי הקצב שבו השטף משתנה, וזהו חוק פאראדיי: $\mathcal{E} = -N\,\Delta\Phi/\Delta t$$\mathcal{E} =$$-N\,\Delta\Phi/\Delta t$⁠, כאשר $\mathcal{E}$⁠ הוא הכוח האלקטרו־מניע (הכא״מ), $N$⁠ מספר הכריכות ו־$\Delta\Phi/\Delta t$⁠ השינוי בשטף בכל שנייה. הזזת המגנט מהר פי שניים משנה את השטף בחצי מהזמן, ולכן המתח מוכפל. כל כריכה של חוט יוצרת אותו מתח כמו הכריכה שלידה, ומכיוון שהכריכות מחוברות קצה אל קצה, המתחים שלהן מצטרפים זה לזה, כך שפי שניים כריכות נותנות פי שניים מתח. סימן המינוס קשור לכיוון, ועליו בהמשך.

נסו: הזיזו את מהירות ל־0.5 פעמים בשנייה וצפו במד, ואז העלו אותה ל־3 פעמים בשנייה, והנורה נדלקת. הזיזו את כריכות החוט למטה וצפו בה מתעמעמת, ואז הורידו את מהירות ל־0.

חזרה לניסוי ↑

הסליל דוחף בחזרה

כשהנורה דולקת, אנרגיה יוצאת מהמעגל כאור וכחום. היא מגיעה מכם: הזרם המושרה הופך את הסליל עצמו למגנט, והקטבים שלו תמיד מתנגדים לתנועה שיצרה אותם. דחפו קוטב צפוני פנימה, והקצה הקרוב של הסליל הופך לקוטב צפוני שדוחה אותו; משכו אותו החוצה, והקצה הזה הופך לקוטב דרומי שמחזיק בו. זהו חוק לנץ, על שם היינריך לנץ, שניסח אותו בשנת 1834. אילו הסליל היה עוזר למגנט לנוע, הוא היה מייצר אנרגיה יש מאין.

חשפו את השדה כדי לראות את קווי השדה של המגנט חולפים דרך הסליל, את חיצי הזרם לאורך החוט ואת הקטבים שהסליל מקבל בזמן שהמגנט נע.

סיבוב במקום דחיפה

בחרו סיבוב תחת תנועה. כאן הסליל מלופף על ליבת ברזל שהקצה שלה נמצא ליד המגנט, כמו בדינמו של אופניים. כשהמגנט מסתובב, הקוטב הצפוני והקוטב הדרומי שלו פונים לסירוגין אל הליבה, ולכן השטף דרך הסליל נע בצורה חלקה הלוך ושוב, וכך גם המתח. זהו זרם חילופין. גנרטור בתחנת כוח פועל על אותו עיקרון; גנרטור עם זוג קטבים אחד מסתובב 50 פעמים בשנייה ונותן רשת חשמל של 50 Hz, או 60 פעמים ביבשות אמריקה.

מה המודל הזה משאיר בחוץ

הקטבים של המגנט נחשבים לנקודות, ועוצמתו נבחרה כך שהמתחים יהיו נוחים לקריאה, ולא נלקחה ממגנט אמיתי. המד מראה את המתח שהסליל יוצר כשלא נלקח ממנו שום זרם; במעגל אמיתי ההתנגדות של הסליל עצמו לוקחת חלק ממנו. הנורה מגיבה להספק הממוצע לאורך מהלך שלם, ולא מהבהבת עם כל דחיפה, והמאמץ הנוסף שדרוש כדי להזיז את המגנט נגד הדחיפה של הסליל מתואר, אבל לא מחושב בסימולציה.